Australische Onderzoekers Bewijzen Haalbaarheid van 'Onmogelijke' Kwantum Internet Uplink

De wereldwijde wedloop om een onkraakbaar kwantum internet te realiseren, heeft zojuist een significante sprong voorwaarts gemaakt. Dit is te danken aan een baanbrekende modellering uitgevoerd door wetenschappers van de University of Technology Sydney (UTS). Voor het eerst hebben zij aangetoond dat een "kwantum uplink" technisch uitvoerbaar is. Dit houdt in dat fragiele kwantumsignalen rechtstreeks vanaf de aarde naar een satelliet gestuurd kunnen worden. Deze ontdekking, die gedetailleerd is beschreven in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Research, verandert het gevestigde paradigma van kwantumcommunicatie en biedt een goedkopere, schaalbaardere route naar een veilig wereldwijd netwerk.

Jarenlang was kwantumcommunicatie in de ruimte, beroemd gedemonstreerd door de Chinese Micius satelliet, afhankelijk van een "downlink". Bij deze methode genereert een omvangrijke, complexe en energieverslindende satelliet in een baan om de aarde verstrengelde fotonen, die vervolgens naar beneden worden gestraald. Het model van UTS, onder leiding van de professoren Simon Devitt en Alexander Solntsev, keert deze stroom volledig om. Hun innovatieve oplossing is om alle ingewikkelde, stroomintensieve apparatuur veilig op de grond te houden. Grondstations, die toegang hebben tot ruime stroomvoorzieningen, zouden de kwantumsignalen produceren.

De satelliet wordt hierdoor gereduceerd tot een eenvoudige, goedkope en lichtgewicht "ontvanger" die enkel hoeft te wachten om de signalen op te vangen. Dit is een fundamentele verschuiving in architectuur. De uitdaging om dit te realiseren werd lange tijd als onoverkomelijk beschouwd: hoe slaag je erin om een kleine satelliet die met een snelheid van 20.000 km/u op 500 km hoogte beweegt, te raken met twee afzonderlijke fotonen die vanaf verschillende locaties worden afgevuurd, en ervoor te zorgen dat ze exact gelijktijdig aankomen om te interfereren?

Professor Devitt merkte op dat hun modellering, verrassend genoeg, aantoonde dat een uplink wel degelijk haalbaar is. De onderzoekers hebben bij hun simulaties rekening gehouden met diverse obstakels uit de praktijk. Dit omvatte atmosferische verstoring, achtergrondlicht afkomstig van de aarde zelf, en zelfs reflectie van zonlicht vanaf de maan. Door deze reële omstandigheden mee te nemen in de berekeningen, konden Devitt en zijn team bewijzen dat de delicate kwantumtoestand van de fotonen de reis van de aarde naar de satelliet kan overleven en succesvol kan worden gedetecteerd.

Deze doorbraak is niet alleen relevant voor cryptografie, waarvoor slechts een handvol fotonen nodig is voor een veilige sleuteluitwisseling. De uplink-methode kan de hoge bandbreedte leveren die noodzakelijk is om op termijn kwantumcomputers over continenten heen met elkaar te verbinden. "Een kwantum internet is een heel ander beest," legde Devitt uit. De methode maakt de satelliet tot een compacte, simpele eenheid, wat de kosten en omvang laag houdt en de aanpak veel praktischer maakt. Deze vinding elimineert een cruciaal knelpunt en effent het pad voor een toekomst waarin veilige kwantumverstrengeling een wereldwijd goed is, net zo alomtegenwoordig en onzichtbaar als elektriciteit.